Методы исследования функций ЦНС Классификация методов исследования

Скачать презентацию Методы исследования функций ЦНС Классификация методов исследования

Методы иссл. ЦНС -2008.ppt

Количество слайдов: 62

Методы исследования функций ЦНС

Классификация методов исследования функций ЦНС 1. Методы раздражения мозга 2. Методы удаления (экстирпации) и разрушения (повреждения) отдельных структур мозга 3. Методы исследования рефлекторной деятельности спинного и головного мозга. Метод условных рефлексов. 4. Методы регистрации электрической активности структур мозга (внутриклеточные и внеклеточные, в том числе метод электроэнцефалографии 5. Метод регистрации магнитных колебаний мозга. Магнитоэнцефалография 6. Морфологические, биохимические, биофизические, радиоизотопные, радиоиммунологические и другие методы. 7. Компьютерная томография мозга (КТМ). Ядерно-магнитнорезонансная, позитронно-эмиссионная трансаксиальная и функционально-магнитно-резонансная томография мозга

Метод раздражения мозга

Метод раздражения. При этом методе на определенные структуры ЦНС наносят раздражение электрическим током или химическими веществами. Электрическая стимуляция мозга осуществляется через введенные в мозг электроды в «острых» опытах на животных или во время хирургических операциях на мозге человека. Возможна электростимуляция в условиях длительного наблюдения с помощью предварительно вживленных оперативным путем электродов (хронически вживленные электроды). Этим способом можно изучать особый феномен электрической самостимуляции, когда животное замыкает электрическую цепь (например, (нажатием на рычаг) и таким образом регулирует силу раздражения собственного мозга. У человека электрическая стимуляция мозга применяется для изучения связи между психическими процессами и функциями и отделами мозга. Так, например, можно изучать физиологические основы речи, памяти, эмоций. Метод раздражения различных участков ЦНС электрическим током обычно выполняется с использованием стереотаксической техники. При этом введение электродов в мозг человека или животного (через отверстия, просверленные в черепе) производится в строго определенные участки и на определенную глубину

Самостимуляция мозга (опыты Олдса)

Электростимуляция мозга

Стереотаксическая техника

Электростимуляция мозга

Метод раздражения Метод локальной микрополяризации (электронаркоз) Это - пропусканиие слабого постоянного тока через отдельные участки коры головного мозга. Метод применяется в лабораторных и клинических условиях. В этом методе электроды прикладываются к поверхности черепа в области стимуляции. Локальная микрополяризация не разрушает ткань мозга, а лишь оказывает влияние на сдвиги потенциала коры в стимулируемом участке, поэтому она может быть использована в психофизиологических исследованиях. • Клиническим вариантом метода микрополяризации является электронаркоз, широко применяемый, например, в акушерстве для лечения слабости родовой деятельности и поздних гестозов.

Метод раздражения Метод стимуляции коры мозга человека слабым электромагнитным полем. В основе метода лежит возможность изменения деятельности нейронов ЦНС под влиянием контролируемых магнитных полей, следствием чего является изменение течения психических процессов (без разрушающего воздействия на нейроны). Применяется в военных целях. Метод химическое раздражения мозга при изучении механизма действия различных химических веществ на нейроны мозга, в том числе наркотиков в опытах на животных используется введение этих веществ через специальную канюлю в соответствующие участки мозга (по аналогии с опытами по самостимуляции электрическим током).

Метод удаления • • • Методы удаления (экстирпации) и разрушения (повреждения) отдельных структур мозга Метод используется для установления функций отдельных структур мозга в обеспечении поведения. Это один из наиболее распространенных методов изучения физиологических основ поведения. Метод применяется в клинике с лечебной целью, например, при эпилепсии проводят коллозиотомию, т. е. перерезку мозолистого тела, или удаление эпилептического очага ( У. Пенфилд), при болезни Паркинсона проводят разрушение бледного шара (Н. П. Бехтерева) Разрушение структур мозга, перерезку отдельных путей выполняют с использованием стереотаксической техники. Разрушающее вмешательство может осуществляться путем: - пропускания постоянного тока (электролитическое разрушение) или тока высокой частоты (термокоагуляция) через введенные в соответствующие участки мозга электроды, - путем хирургического удаления ткани скальпелем или отсасыванием с помощью специального вакуумного насоса, - путем химических разрушений с помощью специальных препаратов, истощающих запасы медиаторов или разрушающих, нейроны - путем обратимого функционального разрушения, которое достигается за счет охлаждения, местной анестезии и других приемов.

Методы исследования рефлекторной деятельности спинного и головного мозга

Методы исследования рефлекторной деятельности спинного и головного мозга • • Методы исследования рефлекторной деятельности спинного и головного мозга представляют собой наиболее важные методы физиологических наблюдений и клинических исследований. В зависимости от целей исследований изучают проявление различных безусловных рефлексов (например, при изучении общих свойств ЦНС) или осуществляют выработку условных рефлексов при исследовании работы коры больших полушарий (И. П. Павлов) Так, изучая на лягушках защитный сгибательный рефлекс, возникающий при погружении лапки животного в раствор кислоты (по методике Тюрка), И. М. Сеченов открыл наличие процессов торможения в ЦНС, а А. А. Ухтомский, исследуя рефлекторную деятельность двигательной коры у кошек, открыл явление доминанты – одного из важнейших свойств ЦНС. Важным является изучение латентного времени рефлекса (методика хронорефлексометрии). Это позволяет определить скорость нервных процессов в ЦНС, число синаптических контактов в рефлекторной дуге и другие аспекты физиологии ЦНС.

• Морфологические (включая гистологические, гисто- и цитохимические, электронномикроскопические), биохимические, биофизические, радиоизотопные, радиоиммунологические и другие методы исследования широко используются при изучении физиологии ЦНС,

Методы регистрации электрической активности структур мозга. Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Методы регистрации электрической активности структур мозга. Методы регистрации электрической активности структур мозга Используются разнообразные методы, в том числе - методы внутриклеточного (микроэлектродная техника, метод сахарозного мостика); - метод внеклеточного отведения электрической активности отдельных нейронов - методы внеклеточного отведения суммарной электрической активности мозга (например, метод энцефалографии, или ЭЭГ)

Регистрация электрической активности нейронов (in vitro)

Электростимуляция мозга

ЭЭГ • • • Электроэнцефалография (ЭЭГ) – это метод регистрации и анализа ЭЭГ, т. е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как со скальпа, так и из глубоких структур мозга (последнее у человека проводится лишь в клинических условиях). Исторические аспекты метода ЭЭГ В 1913 г. Правдич-Неминский (Россия) впервые зарегистрировал электрическую активность мозга. В 1924 г. В. Бергер обнаружил, что с поверхности черепа можно регистрировать «мозговые волны» . Он установил, что электрические характеристики этих сигналов зависят от состояния испытуемого. Наиболее заметными были синхронные волны относительно большой амплитуды с характерной частотой около 10 циклов в секунду. В. Бергер назвал их альфа-волнами и противопоставил их высокочастотным «бета-волнам» , которые проявляются, когда человек переходит в более активное состояние

Основные ритмы ЭЭГ • Бета - ритм - 14 - 18 гц • Альфа - ритм - 8 - 13 гц • Тета - ритм - 4 - 7 гц • Дельта - ритм - 0, 5 - 3 гц 1913 - Правдич-Неминский (Россия); 1924 - Бергер (Австрия)

Схема отведения ЭЭГ Методики регистрации ЭЭГ При регистрации ЭЭГ используют два основных метода: • биполярный - оба электрода помещаются в электрически активные точки скальпа. При этом регистрируется ЭЭГ, представляющая результат взаимодействия двух электрически активных точек (например, лобного и затылочного отведений • монополярный - один из электродов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной (мочка уха, переносица), а второй – в электрически активную точку скальпа. При этом отведении регистрируется активность какого-то одного отведения относительно электрически нейтральной точки (например, лобного или затылочного отведения относительно мочки уха).

Схема отведения ЭЭГ Выбор того или иного варианта записи зависит от целей исследования. В исследовательской практике чаще используется монополярный вариант регистрации, так как он позволяет изучать изолированный вклад той или иной зоны мозга в исследуемый процесс. •

Схема отведения ЭЭГ Международная федерация обществ электроэнцефалографии приняла так называемую систему « 10 -20» , предложенную в 1954 году Джаспером. Она позволяет точно указывать расположение электродов. • Для этого у каждого испытуемого точно измеряют расстояние между серединой переносицы (назионом) и твердым костным бугорком на затылке (инионом), а также между левым и правым ушными проходами. • Возможные точки расположения электродов разделены интервалами, составляющими 10 или 20% этих расстояний на черепе

Схема наложения электродов

Схема отведения ЭЭГ Для удобства регистрации весь череп разбит на области, обозначенные буквами: F – лобная (фронтальная), О – затылочная (окципитальная), Р – теменная (париетальная), Т – височная (темпоральная) С – область центральной борозды. • Нечетные номера мест отведения относятся к левому, а четные – к правому полушарию.

Схема наложения электродов

Схема отведения ЭЭГ • Буквой Z обозначаются отведения по средней линии, разделяющей полушария. • Первый (фронтальный) и последний (окципитальный) электроды по этой системе располагаются на расстоянии, равном 10% длины продольной линии от исходных точек, в то время как остальные электроды – височный, теменной и центральный – на расстояниях, равных 20% длины. • На поперечной оси также располагаются электроды (10 -20%). Эта ось образуется условной линией, соединяющей наружные слуховые проходы и точку на темени, делящую продольную ось пополам.

Схема наложения электродов

Условия регистрации ЭЭГ Условия регистрации и способы анализа ЭЭГ. Обычно используется от восьми до 16 каналов регистрации ЭЭГ от различных участков поверхности черепа одновременно Анализ ЭЭГ осуществляется как визуально и с помощью комьютерноого анализа

Схема отведения ЭЭГ • Запись фоновой ЭЭГ не всегда дает возможность выявить имеющиеся отклонения от нормы на ЭЭГ. Поэтому используются методы активации ЭЭГ, т. е. функциональные пробы, которые способствуют усилению патологической активности: Функциональные пробы 1) закрывание и открывание глаз (позволяет выявить межполушарную асимметрию мозга, а также инициирует появление высокоамлитудных гиперсинхронных разрядов при эпилепсии) 2) световые (вспышки, шахматные поля, решетки), звуковые (неречевые стимулы -тоны, щелчки; речевые - фонемы, слова и предложения) и другие одиночные или ритмические раздражители. Они позволяют оценить возбудимость коры, выявить межполушарную асимметрию мозга и наличие патологической активности мозга 3) гипервентиляционная проба или физическая нагрузка позволяют выявить патологический очаг в мозге.

Элетроэнцефалограмма

Ритмы ЭЭГ По частоте и амплитудным характеристикам выделяют следующие ритмы ЭЭГ: Альфа-ритм (8 -13 Гц; 30 -150 мк. В) – основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя. Хорошо выражен в задних отделах (затылочнотеменных) в условиях покоя, в темноте, при закрытых глазах. Любое внешнее раздражение, особенно зрительное, десинхронизирует альфаритм, т. е. вызывает появление бета-ритма. Бета-ритм (14 -30 Гц, 10 -30 мк. В) более выражен в передних отделах (фронтальные и центральные области). Появляется при интеллектуальной активности мозга, например, при решении задач, а также при фото- и фоностимуляции. Нервное напряжение и беспокойство приводят к уменьшению альфа-ритма и появлению бетаритма (десинхронизация)

Ритмы ЭЭГ Гамма-ритм (30 -50 Гц, до 10 мк. В; в ряде случаев частота достигает 120 Гц). Регистрируется в передних отделах мозга. появляются при чрезмерном эмоциональном возбуждении , при сенсорной активации коры больших полушарий. Тета-ритм (4 -7 Гц, 100 -150 мк. В). Регистрируется в теменной и височной областях. Генерализованная тета-активность наблюдается при засыпании. Односторонний тета-ритм указывает на наличие очагового коркового поражения. Дельта-ритм (0, 5 -3 Гц, 150 -200 мк. В). У взрослых регистрируется в затылочной области при глубоком сне или при наркозе. Его появление указывает на снижение тонуса коры. Локальное появление дельта-ритма у взрослого в состоянии бодрствования указывает на наличие очагового коркового поражения

Ритмы ЭЭГ мю-ритм - по частотно-амплитудным характеристикам сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних отделах коры больших полушарий; сигма-ритм – это учащенный альфа-ритм, или «веретена» сна, или «сонные веретена. Они представляют собой веретенообразную активность с частотой колебаний 12 -18 Гц; Пики – острые волны с частотой 50 Гц и амплитудой до 100 мк. В; Острые волны – колебания с расширенным основанием волны и острой вершиной (частота 3 -5 Гц, амплитуда 20200 мк. В); Спайки – колебания, подобные потенциалу действия; Быстрые асинхронные колебания – множественные быстрые пики с амплитудой волны до 100 мк. В; Компексы ( «пик-волна» , «острая волна - медленная волна» )

Ритмы ЭЭГ Сверхмедленные колебания (менее 0, 5 Гц), в том числе омега – потенциал, который используется для оценки типа ВНД Еще более низкие частоты электрических потенциалов головного мозга вплоть до периодов порядка нескольких часов и суток (запись по этим частотам выполняется с помощью ЭВМ)

Топографическое картирование при ЭЭГ Топографическое картирование электрической активности мозга (ТКЭАМ) является вариантом математической обработки данных ЭЭГ и позволяет дифференцированно анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном уровне в соответствии с видами выполняемой человеком психической деятельности, представляя результаты анализа на экране дисплея. • При этом проводится синхронная регистрация электрической активности мозга как минимум в 16 -32 точках (лучший вариант – 128 точек) в системе « 10 -20» , используя как правило монополярное отведение. • На основании этой регистрации проводится анализ временных, частотных (группировка данных по частотным диапазонам: дельта, тета, альфа, бета) и пространственных (в том числе вычисление когерентности) характеристик.

Методика вызванных потенциалов (ВП) головного мозга. • Методика позволяет оценить структуры мозга, которые принимают участие в обработке информации, идущей от соответствующего вида сенсорных рецепторов. • ВП – это электрические колебания, возникающие в мозге в ответ на внешнее сенсорное раздражение и находящиеся в строго определенной временной связи с началом его действия. • ВП обычно включены в ЭЭГ, но на фоне спонтанной электрической активности трудно различимы (амплитуда одиночных ответов в несколько раз меньше амплитуды фоновой ЭЭГ). • Поэтому для регистрации ВП с помощью специальных технических устройств выделяется полезный сигнал из шума путем последовательного его накопления (суммации).

Вызванные потенциалы в коре Первичный ответ Вторичный ответ

Вызванные потенциалы коры мозга кошки при электростимуляции контралатерального седалищного нерва

Методика вызванных потенциалов (ВП) головного мозга. Событийно-связанные потенциалы (ССП). Способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в записи ЭЭГ изменения потенциала, которые связаны во времени с любым фиксированным событием. В связи с этим появилось новое обозначение этого круга физиологических явлений – событийно-связанные потенциалы (ССП).

Методика вызванных потенциалов (ВП) головного мозга. • • • ВП и ССП представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0 -500 мс от момента нанесения стимула, реже в интервале до 1000 мс. Количественный анализ ВП и ССП предусматривает оценку амплитуд (размах колебаний компонентов, м. В) и латентностей (время от начала стимуляции до пика компонента, мс), а также других характеристик. ВП и ССП. являются коррелятами поведенческого акта, Отдельные компоненты ВП могут отражать такие мозговые процессы как афферентный синтез, принятие решения, включение в работу исполнительных механизмов, оценку результата действия. ВП и СПП отражают познавательную деятельность человека. Таким образом, ВП – это «окно в мозг» и «окно в познавательные процессы» .

Методика вызванных потенциалов (ВП) головного мозга. Вызванные потенциалы, разделяют на первичные и вторичные ответы. • Первичный ответ – это кратковременная (20 -30 мс) электрическая реакция коры на залп импульсов от специфических рецепторов, возникающая в определенных участках их проекции. • Регистрируются первичные ответы в первичных корковых зонах соответствующего анализатора Первичные ответы характеризуются коротким латентным периодом, двухфазностью колебания: вначале положительная фаза, а затем – отрицательная. • Положительная фаза отражает местное возбуждение сомы пирамидных нейронов III и IV слоев коры, а негативная фаза – синаптическое возбуждение апикальных дендритов в I слое коры. Первичный ответ формируется за счет кратковременной синхронизации активности близлежащих нейронов

Вызванные потенциалы в коре Первичный ответ Вторичный ответ

Методика вызванных потенциалов (ВП) головного мозга. • Вторичные ответы могут быть локальными или иметь широкую представленность, возникать с разным латентным периодом, обычно большим, чем у первичных ответов. • Вторичные ответы имеют несколько негативных и позитивных колебаний с разной пиковой латентностью (от 50 до 300 мс). • Они являются отражением процессов обработки информации в коре. Поэтому они значительно изменяются при изменении уровня внимания, степени умственного напряжения, эмоциональной оценки стимула.

Вызванные потенциалы в коре Первичный ответ Вторичный ответ

Значение метода ЭЭГ Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (т. е. до рождения организма) и прекращается только со смертью. Метод ЭЭГ широко используется в клинической практике при диагностике заболеваний мозга, а также для оценки функционального состояния мозга у человека, находящегося в глубокой коме или наркозе (позволяет определить глубину наркоза). Метод ЭЭГ эффективен при оценке уровня развития мозга у детей, в том числе при наличии у ребенка синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) Метод ЭЭГ в сочетании с методом вызванных потенциалов позволяет изучать процессы сенсорной обработки информации и механизмы, лежащие в основе высших психических функций (мышления, памяти, внимания)

Другие методы оценки состояния мозга

Магнитоэнцефалография • Магнитоэнцефалография - это регистрация параметров магнитного поля, обусловленного биоэлектрической активностью головного мозга. • Она осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Магнитоэнцефалография имеет ряд преимуществ перед регистрацией ЭЭГ. В частности, радиальные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких сильных искажений, как ЭЭГ. Это позволяет более точно рассчитывать положение генераторов ЭЭГ активности, регистрируемой со скальпа.

Морфологические, биохимические и биофизические методы Морфологические (гистологические, гисто- и цитохимические, электронномикроскопические), биохимические, биофизические, радиоизотопные, радиоиммунологические и другие методы исследования широко используются при изучении физиологии ЦНС. Особенно важными в последние годы стали методы томографии, позволяющие прижизненно оценивать структуры мозга

Компьютерная томография мозга (КТМ) • Компьютерная томография мозга (КТМ) проводится с использованием томографа или специализированного нейротомографа. • Позволяет прижизненно получить точные и детальные изображения изменений плотности мозгового вещества человека на основе применения рентгеновского излучения и компьютерной обработки результатов анализа. • Метод позволяет получить множество изображений «живого» мозга (по совокупности измерений каждого слоя проводится компьютерный синтез томограммы), в том числе воссоздать картину поперечных срезов мозга или отдельных его фрагментов. • КТМ позволяет определить местоположение опухоли, получить представление о распределении регионального мозгового кровотока и интенсивности обмена веществ в различных структурах головного мозга.

магнитно-резонансная томография мозга • Ядерно-магнитно-резонансная, позитронно-эмиссионная трансаксиальная и функциональномагнитно-резонансная томография мозга являются более совершенными вариантами компьютерной томографии мозга, в которых используется эффект ядерного магнитного резонанса (ЯМРтомография), позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) и функционального магнитного резонанса (ФМР).

магнитно-резонансная томография мозга • При ЯМР-томографии получение изображения основано на определении в мозговом веществе распределения плотности ядер водорода (протонов) и на регистрации некоторых их характеристик при помощи мощных электромагнитов, расположенных вокруг тела человека. • Преимущество ЯМР-томографии - отсутствие ионизирующего излучения, возможность многоплоскостного исследования (с помощью этого метода можно получить четкие изображения «срезов» мозга в различных плоскостях), большая разрешающая способность.

магнитно-резонансная томография мозга Позитронно-эмиссионная трансаксиальная томография (ПЭТ-сканирование) сочетает возможности компьютерной томографии мозга и радиоизотопной диагностики, для которой используются ультракороткоживущие позитронизлучающие изотопы, или «метки» (это естественные метаболиты мозга), которые вводятся через дыхательные пути или внутривенно. В активных участках мозга кровоток повышен, поэтому в них накапливается больше радиоактивной «метки» . Излучение этой «метки» преобразуется в изображение на дисплее С помощью ПЭТ измеряют региональный мозговой кровоток и метаболизм глюкозы или кислорода в отдельных участках головного мозга. В целом, ТПЭТ позволяет осуществлять прижизненное картирование на «срезах» мозга регионального обмена веществ и кровотока.

магнитно-резонансная томография мозга • Метод функционального магнитного резонанса (ФМР) – это вариант совмещения метода ЯМР с измерением мозгового метаболизма при помощи позитронно-эмиссионной томографии.

Завершение раздела «Методы исследования ЦНС»